E-Book Overview
Учебное пособие представляет собой систематизированное и доступное изложение курса физики твердого тела, содержащее основные элементы описания физических свойств твердых тел и процессов, происходящих в них. Учебное пособие рассчитано на студентов, изучающих физику твердого тела или некоторые ее разделы, а также может быть полезно научным работникам смежных с физикой областей науки, желающих ознакомиться с основными положениями и методами физики твердого тела.
E-Book Content
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Б. В. Федоров, Д. Ф. Нерадовский
ЭЛЕМЕНТЫ ФИЗИКИ ТВЕРДОГО ТЕЛА Учебное пособие
Тюмень ТюмГНГУ 2012
УДК 538.9 ББК 22.37 Ф99 Рецензент: доктор физико-математических наук, профессор В. А. Табарин кандидат физико-математических наук, доцент В. Н. Осташков Федоров, Б. В. Ф99 Элементы физики твердого тела : учебное пособие / Б. В. Федоров, Д. Ф. Нерадовский. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2012. – 236 с. ISBN 978-5-9961-0557-1 Учебное пособие представляет собой систематизированное и доступное изложение курса физики твердого тела, содержащее основные элементы описания физических свойств твердых тел и процессов, происходящих в них. Учебное пособие рассчитано на студентов, изучающих физику твердого тела или некоторые ее разделы, а также может быть полезно научным работникам смежных с физикой областей науки, желающих ознакомиться с основными положениями и методами физики твердого тела. УДК 538.9 ББК 22.37
ISBN 978-5-9961-0557-1
© Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2012 2
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение………………………...………………………………………………...…... 1. ТВЕРДОЕ ТЕЛО И ДЕФЕКТЫ ЕГО СТРУКТУРЫ………………………… Кристаллическое состояние. ……………………….……………………………..…. Аморфное состояние…………………………………………………………….…… Жидкое состояние……………………………………………………………….…… Геометрия совершенных кристаллов………………………………………….……. Теория связи……………………………………………………………………..…… Структура кристаллов и кристаллическая решетка…………………………….…. Дефекты кристаллической решетки. Классификация дефектов………………….. Точечные дефекты. Радиационные дефекты и центры окраски……………….…. Линейные дефекты. …………………………………………………………….…… Поверхностные и объемные дефекты……………………………………….……... Контрольные вопросы………………………………………………………….….... 2. ХИМИЧЕСКИЕ СВЯЗИ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ……………………….…….. Ионная связь…………………………………………………………………….…… Ковалентная связь……………………………………………………………….…... Металлическая связь…………………………………………………………..…….. Водородная связь…………………………………………………………….……… Флуктуационная связь…………………………………………………………….… Контрольные вопросы…………………………………………………………….…. 3. ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ……………… Прочность, пластичность, упругость ……………………………………………..... Физическая природа разрушения материалов ….………………………………….. Трещины и их рост………………………………………………………………..….. Контрольные вопросы ……………………………………………………………..… 4. ЗОННАЯ ТЕОРИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА…………………………………….…. Расщепление энергетических уровней………………………………………….….. Металлы, диэлектрики и полупроводники с точки зрения зонной теории…….… Подвижность электронов. Энергия Ферми и эффективная масса электрона……. Плотность электронных состояний………………………………………………..... Экспериментальной изучение зонной структуры………………………………..… Потолок энергетической зоны. Зоны Бриллюэна…………………………………... Электроны и дырки…………………………………………………………………... Контрольные вопросы ………………………………………………………………. 5. КРИСТАЛЛЫ: МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ, ИОННЫЕ, КОВАЛЕНТНЫЕ ……. Металлы. Электропроводность и оптические свойства……………………………. Зонная структура металлов и энергия связи…………………………………….….. Теплоемкость металлов…………………………………………………………….… Функция Ферми…………………………………………………………………….… Время релаксации………………